光电检测技术(第二版)_答案_(与教材匹配)_曾光宇_张志林_张存林_主编

kT q
ln( IP I0
1)
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IL IP I D IP I0(eqU / kT 1)
当负载电阻短路时，发生电压接近与零，流过器件的电流叫短路电流，用 ISC 表示：
ISC IP SEE
3-3
3-4： 开路电压具有负温度系数，随着温度升高，开路电压值反而减少。
低电阻的基体材料，减少了串联电阻；使扩散区不会到达基体，从而减少了或者根本不存在 少数载流子通过扩散区的扩散时间，提高了响应速度；反偏下，耗尽层较无 I 层时要大的多， 从而使结电容下降到零点几 PF。
3-8：
4-1： 光谱响应范围宽 偏置电压低，工作电流大 动态范围宽 光电导灵敏度大，灵敏度高 光敏电阻无极性，使用方便
5-4： 热电子发射 欧姆漏电 高的工作电压
5-5： 因为探测器本身的热噪声会对测量造成极大的影响。
5-6： 正高压供电
优点：便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流小， 噪声低。
缺点：阳极要处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂 ，特别是后面若接直 流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作；如果后面 接交流放大器，则必须接 一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高。 负高压供电
第4章
4-2： 热噪声、产生——复合噪声、低频噪声
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4-3： 4-4：
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4-5：
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5-1：
第5章
5-2： 光电倍增管的工作原理。 1）光子透过入射窗口入射在光电阴极 K 上。 2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极 D1 上，倍增极将发射出比入 射电子数目更多的二次电子，入射电子经 N 级倍增极倍增后光电子就放大 N 次方倍。 4）经过倍增后的二次电子由阳极 P 收集起来，形成阳极光电流，在负载 RL 上产生信号电压。
3-5：
3-6： 3-7：
PIN 管原理：在高掺杂 P 型和 N 型半导体之间生长一层具有一定厚度（近似于反偏压下 的耗尽层厚度）的本征半导体或低掺杂半导体材料（称为 I 层），使 PIN 管具有优于耗尽层 光敏二极管的高速响应特性。
特点：响应时间很短，在 S 左右；频带很宽，可达 10GHz；输出电流小，只有零点几 uA 至数 uA
体的光亮度与方向无关，所以：
Lv

I0 S

v' S

0.279 3.14 7.85 105
1.13103
Cd/m2
1-2:
30*4π 2 =30*4*3.14*1.5*1.5 = 848lm
1-3： 根据维恩位移定律：
T������������=B,B=2.897*10−3m·K 解得 T=6535K
1-5：
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白噪声：指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪 声称为白噪声。
1/f 噪声:这种噪声的功率谱与频率成反比变化，故称 1/f 噪声。 措施：降低温度，选择带通小的电阻。 1-6： 最小辐射功率：
1-7： 时间常数：Ʈ= 1 = 1 ≈8ns
2-3： 场致发光的三种形态，即粉末，薄膜和结型。 交流粉末场致发光光源： （1）固体化，平板化，因而可靠，安全，占地小，易安装； （2）面积，形状几乎不受限制，因此可以通过光刻，透明导电膜和金属电极掩蔽镀膜的方 法，制成任意发光图形； （3）无红外辐射的冷光源，因而隐蔽性好，对周围环境没有影响； （4）视角大光线柔和，易于观察； （5）寿命长。可连续使用几千小时，而发光不会突然全部熄灭； （6）功耗低，约几毫瓦/〖厘米〗^2；（7）发光易于电控。 直流粉末场致发光光源： 光源亮度高，且亮度随电压上升而迅速上升；制造工艺简单，成本低，外部驱动方便。 薄膜场致发光光源： 厚度薄，没有介质，均匀细密，分辨率高，成像质量高，对比显示度好，驱动电压低，平板 化，可以制成各种形状，视角大。光线柔和，制备工工艺简单，造价便宜。 发光二极管： （1）属于低电压，小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度； （2）发光响应速度快（〖10〗^(-7)~〖10〗^(-9) s）； （3）由于器件在正向偏置下使用，因此性能稳定，寿命长（一般在〖10〗^5 小时以上）；
光电检测技术（第二版） 答案
曾光宇 张志林 张存林 主编 清华大学出版社 北京交通大学出版社
附注：本答案通过网络收集汇总而成，只提供第 1 章到第 5 章的绝大部分答案。其他章节以 简答题为主，大多在书本上能找到解释，因此不花时间整理。谢谢 网友们的资源分享。祝大 家学习顺利。
第1章 1-1： 答案一： ① 波长为 632.8nm 的激光的视见函数值������������ = 0.265 光通量������������，辐射通量������������,最大能光视效能 Km=683lm/W 发光强度������������ ,亮度������������ ,光出射度������������
光源的颜色包含了两个方面的含义，即色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的 颜色称为光源的色表。当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与物体在完全辐射体照射 下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。 （6）光源的色温
2-2： 自发辐射：原子开始处于高能态������2,，它自发地从高能态跃迁至低能态������1，并发出频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的光子。 受激吸收：原子开始处于低能态，在 1 个频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的入射光子激发下，原子吸 收了这个光子，跃迁至高能态。 受激辐射：原子开始处于高能态，在 1 个频率为 ƴ=(������2 − ������1)/h 的入射光子激发下，原子从 高能态跃迁至低能态，并发射 2 个完全相同的光子。
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（4）易于和集成电路匹配，且驱动简单； （5）与普通光源相比，单色性好，其发光的半宽度一般为几十纳米； （6）小型，耐冲击。
2-4： n 型半导体中多数载流子是电子，p 型半导体中多数载流子是空穴。P-N 结未加电压时构
成一定势垒。加正向偏压时，内电场减弱，p 区空穴和 n 区电子向对方区域的扩散运动相对 加强，构成少数载流子的注入，从而 p-n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合，复合中产 生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的能量就构成了发 光二极管的光辐射。
2������������������ 2������∗20M
1-8:
第2章
2-1：
（1）辐射效率和发光效率
在给定波长范围内，某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，
称为光源在规定光谱范围内的辐射效率。
（2）光谱功率分布
不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率，常用光谱功率分布来描述。
4
4
反射光功率为： P' P 0.85 2 103 1.7 103 W
反射光通量： v' P' KmV () 1.7 103 683 0.240 0.279 Lm
漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度 I0 与光通量的关系是 I0 / ，由于朗伯
电源电压稳定度： U 1 M 1 1% 0.083% U nk M 12 1
5-7：
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（1）负载电阻输出 用一只负载电阻将电流信号转化为电压信号，再连接到电压放大器或电压表上。负载电
阻不能过大，否则会使倍增管频率响应和线性变差。 （2）运放输出
输出电压： u0 R f iA
电源稳压：
根据公式： U 1 M U nk M
式中，U 为电源电压，M 为光电倍增管电流增益，n 为倍增极数，k 为与材料相关系数，取 0.7~1，这里取 k=1 计算：
发光二极管的外量子效率与所用的半导体材料的折射率有关。
2-5： 半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，
用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈， 产生光的辐射放大，输出激光。
特点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。 对电源要求：半导体激光器本质上是一种大电流开关电路，电源除了能提供大的电流脉 冲外，还应给出足够大的脉冲电压幅度。
光亮度：
Lv

Iv S

4.2 105 (1103 )2
/4
5.35 1011(或4.2 1011) Cd/m2
光出射度：
Mv

v S

0.328 (1103 )2
/4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.2 105 Lm/m2
②
10 米远处光斑面积大小：
S (L )2 3.14 (10 1103 )2 7.85 105 m2
雪崩二极管原理：雪崩光电二极管是利用 PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作
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的一种二极管。 特点：它通常工作在很高的反偏电压状态，自身有电流增益，具有响应度高，响应速度
快的特点。噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。 原因：由于 I 层（高阻）的存在，使击穿电压不再受到基体材料的限制，从而可以选择
（3）空间光强分布
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对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不相同的。若在空间某一截面上，自 原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比。将各矢量的端点连起来，就 得到光源在该截面上的发光强度曲线，即配光曲线。 （4）光源的色温
辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该 辐射源的色温。 （5）光源的颜色
优点：便于跟后面的放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交 流放大器相接，也可以直接与直流放大器相接。
缺点：这时阴极要处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠得很近，至少要间隔 1～2cm，因 此屏蔽效果差一些，暗电流和噪声都比阳极接地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。 信号输出电路
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②
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答案二： ① 该激光束的光通量
v KmV ()e 683 0.240 2 1030.328 Lm（流明）
发光强度
Iv

v

0.328 (1103 )2
/4

4.2 105 (3.28 105 ) Cd(坎德拉)
2-6： 结构：一般由工作物质、谐振腔和泵浦源 3 部分组成 激光的特点：单色性好、方向性强、亮度高、相干性好
第3章 3-1： 因为正向偏置时，正向电流远远大于光电流，因此光电效应不明显。 必须工作于反向偏置状态。
3-2
当负载电阻 RL 断开时，p 端对 n 端的电压称为开路电压，用 VOC 表示
VOC